05-笔记：LPC1788-串口

概述

LPC178x/177x 系列 Cortex-M3 具有 5 个符合 16C550 工业标准的异步串行口 UART0、UART1、UART2、UART3 和 UART4。

其中，各串行口的区别是：UART1 比 UART0、2、3 增加了 Modem 接口；

UART4 较 UART0、2、3 增加了 IrDA 接口和符合 ISO7816-3 的智能卡接口，其余都基本相同。

注：默认情况下， UART2 、 UART3 和 UART4 都被关闭，以节省功耗。若需使用 UART2 、 UART3 和 UART4 ，请设置 PCONP 寄存器的相关位。此外，在不启用 Modem 、 IrDA 等模式时， UART1 和 UART4 也可以和 UART0 、2 、 3 一样，当普通 UART 来用。

 

特性

 数据大小为 5、6、7、8 位；

 奇偶发生和校验：奇、偶标记，空格或没有；

 1 个或 2 个停止位；

 16 字节收发 FIFO；

 内置波特率发生器，包括小数波特率分频器用于各种功能；

 支持 DMA 发送和接收；

 自动波特率功能；

 间隔发生和检测；

 多处理器寻址模式；

 UART1 包含标准 Modem 接口信号（CTS、DCD、DTS、DTR、RI、RTS）；

 UART4 包含支持红外通信的 IrDA 模式；

 UART0/2/3/4 支持软件流控制；

 UART0/2/3/4 支持 RS-458/EIA-485，其中 UART4 支持 9-位模式和输出使能；

 UART4 支持可选择的同步发送或接收模式；

 UART4 支持可选择的遵循 ISO 7816-3 规范的智能卡接口。

 

引脚描述

[1] 当 UARTn 的两根或两根以上 RXDn 脚启用时，仅引脚编号最小的那根 RXD 脚有效，而成为 UARTn的数据输入引脚。此时，其它被复用为 RXD 的引脚对 UARTn 输入没有影响。例如 RXD3 对应的四根引脚 P0.1 、 P0.3 、 P0.26 、 P4.29 若同时启用为 UART 数据接收脚，那么，仅 P0.1 脚能有效接收数据。

[2] 当 UARTn 的 TXDn 脚全部启用时，所有 TXDn 引脚都会彼此独立地输出相同信号。

只有 UART1 才具有 Modem 接口，因此 UART0、UART2、UART3 和 UART4 不具有 CTS1、

DCD1、DSR1、RI1、DTR1 和 RTS1 引脚。

只有 UART4 支持同步模式，因此 UART0、UART1、UART2 和 UART3 不具有 SCLK 引脚。

 

 

UART0 和 UART1、UART2、UART3、UART4 各有一个独立波特率发生器，它们的功能

都是相同的，我们以 UART0 波特率发生器（U0BRG）为例进行说明。

U0BRG 产生 UART0 发送模块所需的时钟。UART0 波特率发生器时钟源为 APB 时钟

（PCLK）。时钟源与 U0DLL 和 U0DLM 寄存器所确定的除数相除得到 UART0 Tx 模块所需时

钟，该时钟必须为目标波特率的 16 倍。

 

LPC178x/177x 系列 Cortex-M3 UART 部分的寄存器结构如图 5.16 所示。其中，UART1 具

有 Modem 模块，UART4 具有 IrDA 模块和智能卡接口模块，UART0/2/3/4 具有 485 模块。

 

 

LPC178x/177x 系列 Cortex-M3 的五个 UART，均具有 16 字节的收发 FIFO，内置波特率发

生器，五个串口具有基本相同的寄存器，其中 UART1 带有完全的调制解调器控制握手接口。

在大多数异步串行通讯的应用中，并不需要完整的 Modem 接口信号(辅助控制信号)，而只使用

TXD、RXD 和 GND 信号即可。

 

UART 中断

LPC178x/177x 系列 Cortex-M3 UART 接口具有中断功能，而且由嵌套向量中断控制器

（NVIC）管理，UART0、UART1、UART2、UART3 和 UART4 中断分别位于 NVIC 中断通道

21、通道 22、通道 23、通道 24 和通道 51。

以 UART0 为例，UART0 接口中断与嵌套向量中断控制器（NVIC）的关系如图 5.24 所示。

UART0 中断占用 NVIC 的通道 21，中断使能寄存器 ISER 用来控制 NIVC 通道的中断使能。

当 ISER0[5]=1 时，通道 21 中断使能，即 UART0 中断使能。

中断优先级寄存器 IPR 用来设定 NIVC 通道中断的优先级。IPR1[15:11]用来设定通道 21

的优先级，即 UART0 中断的优先级。具体的设定方法可参考“嵌套向量中断控制器（NVIC）”

一节。

当 UART0 接口的优先级设定且中断使能后，若触发条件满足时，则会触发中断。当处理

器响应中断后将自动定位到中断向量表，并根据中断号从向量表中找出 UART0 中断处理的入

口地址，然后 PC 指针跳转到该地址处执行中断服务函数。因此，用户需要在中断发生前将

UART0 的中断服务函数地址（UART0_IRQHandler）保存到向量表中。

UART 中断主要分为 5 类：接收中断、发送中断、接收线状态中断、Modem 中断和自动波

特率中断，如图 5.25 所示。其中，接收线状态中断指接收过程中发生了错误，即接收错误中断。

只有 UART1 接口具有 Modem 中断，其它 UART 接口由于没有 Modem 功能，所以没有 Modem

中断。自动波特率中断包括自动波特率结束中断和超时中断。

UARTn 中断标志寄存器（UnIIR，n = 0~4）

UnIIR 提供状态码用于指示挂起中断 [1] 的中断源和优先级，5 个 UART 的 IIR 寄存器之概况如表 5.29

所列。其中，只有 UART1 具有 Modem 中断。[1] “挂起中断”是指产生了但是未被响应的中断请求。

在访问 UnIIR 过程中，中断被冻结。若访问 UnIIR时产生了中断，该中断将被记录，下次访问 UnIIR 时

便可将其读出。UART 中断标志寄存器描述如表 5.30所列。

中断的处理见表 5.31。给定了 UnIIR[3:0]的状态，中断处理程序就能确定中断源以及如何清除激活的中断

（1）UART 接收线状态中断（RLS 中断）

接收线状态（UnIIR[3:1]=011）是最高优先级中断。只要 UARTn 在接收数据时产生下面 4

个错误中的任意一个，UnIIR 将产生相应的中断标志。

 溢出错误（OE）；

 奇偶错误（PE）；

 帧错误（FE）；

 间隔中断（BI）。

具体错误类型可通过查看 UnLSR[4:1]得到。当读取 UnLSR 寄存器时，自动清除该中断标志。

（2）UART 接收数据可用中断（RDA 中断）

接收数据可用中断（UnIIR[3:1]=010）与字符超时中断（UnIIR[3:1]=110）共用第二优先级。

当 UARTn 接收 FIFO 达到 UnFCR[7:6]所定义触发点时，RDA 中断被激活。当 UARTn Rx FIFO

的深度低于触发点时，RDA 中断复位。当接收数据可用中断激活时，CPU 可读出由触发点所

定义长度的数据块。

（3）UART 字符超时中断（CTI 中断）

字符超时中断（UnIIR[3:1]=110）为第二优先级中断。当接收 FIFO 中的有效数据个数少于

触发个数时（至少有一个），如果经过了一段时间 [1] 没有数据到达，将触发字符超时中断，此时

CPU 就认为一个完整的字符串已经结束，然后将接收 FIFO 中的剩余数据。

[1] 这个触发时间为：接收 3.5 到 4.5 个字符的时间。“ 3.5 ～ 4.5 个字符的时间”，其意思是在当前波特率下，发送 3.5 ～ 4.5 个字节所需要的时间。

产生字符超时中断后，对接收 FIFO 的以下操作都会清除该中断标志：

 从接收 FIFO 中读取数据，即，读取 UnRBR 寄存器；

 有新的数据送入接收 FIFO，即，接收到新数据。

需要注意的是：当接收 FIFO 中存在多个数据，从 UnRBR 读取数据，但是没有读完所有数

据，那么在经过 3.5～4.5 个字节的时间后将再次触发字符超时中断；

例如，一个外设向 LPC178x/177x 系列 Cortex-M3 发送 85 个字符，而接收触发值为 8 个字

符，那么前 80 个字符将使 CPU 接收 10 个接收数据可用中断，而剩下的 5 个字符使 CPU 接收

1～5 个字符超时中断（取决于服务程序）。

 

 

接收中断

对于 UART 接口来说，有两种情况可以触发 UART 接收中断：

接收字节数达到接收 FIFO的触发点（RDA）、接收超时（CTI）。

 

接收字节数达到接收 FIFO 中的触发点（RDA）

LPC178x/177x系列Cortex-M3 UART接口具有 16 字节的接收 FIFO，接收触发点可以设

置为 1、4、8、14 字节，当接收到的字节数达到接收触发点时，便会触发中断。

如图 5.26 所示，通过 UART FIFO 控制寄存器 UnFCR，将接收触发点设置为“8 字节触

发”。那么当 UART 接收 8 个字节时，便会触发 RDA 中断（注：在接收中断使能的前提下）。

 

接收超时

当接收 FIFO 中的有效数据个数少于触发个数时（注：接收 FIFO 中至少有一个字节），如果长时

间没有数据到达，将触发 CTI 中断。这个时间为：3.5 到 4.5 个字符的时间。

接收线状态中断

在 UART 接收数据时，如果出现溢出错误（OE）、奇偶错误（PE）、帧错误（FE）和间隔中断（BI）中的任意一个错误时，都会触发接收线状态中断。具体的错误标志可以通

过读取 UART 状态寄存器 UnLSR[4：1]得到。当读取 UnLSR寄存器时，会清除该中断标志。

 

 

 

 

初始化

设置 UART 通信波特率，就是设置寄存器 UnDLL 和 UnDLM 的值，UnDLL 和 UnDLM 寄

存器是波特率发生器的除数锁存寄存器，用于设置合适的串口波特率。

上面已经讲过，寄存器

UnDLL 与 UnRBR/UnTHR、UnDLM 与 UnIER 具有同样的地址，如果要访问 UnDLL、UnDLM，

除数访问位 DLAB 必须为 1。在不使用小数分频器时，寄存器 UnDLL 和 UnDLM 的计算如下：

设置 UART 的工作模式，如：字长度选择、停止位个数、奇偶校验位等。此外，还要根据实际情况设置中断。

UART0 初始化示例，程序将串口波特率设置为 UART_BPS（如 115200），8 位数据长度，1 位停止位，无奇偶校验。

#define UART_BPS 115200  /*  定义通讯波特率 */
/**********************************************************************************************
**  函数名称： UART0_Ini
**  函数功能：初始化串口 0 。设置为 8 位数据位， 1 位停止位，无奇偶校验，波特率为 115200
**********************************************************************************************/
void UART0_Ini(void)
{
	uint32_t Fdiv = 0;
	U0LCR = 0x83;  /* DLAB = 1 ，可设置波特率 */
	Fdiv = (Fpclk / 16) / UART_BPS; /*  设置波特率 */
	U0DLM = Fdiv / 256;
	U0DLL = Fdiv % 256; 
	U0LCR = 0x03;  /* 锁定除数访问 */
	U0FCR  = 0x07;  /* 使能并复位 FIFO */
}

 

UART 发送数据

LPC178x/177x 系列 Cortex-M3 含有一个 16 字节的发送 FIFO，在发送数据的过程中，发送

FIFO 是一直使能的，即，UART 发送的数据首先保存到发送 FIFO 中，发送移位寄存器会从发

送 FIFO 中获取数据，并通过 TXD 引脚发送出去，如图 5.36 所示。

上面讲过，寄存器 UnRBR 与 UnTHR 是同一地址，但物理上是分开的，读操作时为 UnRBR，

而写操作时为 UnTHR。

在寄存器 UnLSR 中，有两个位可以用在 UART 发送过程中，UnLSR[5]和 UnLSR[6]

（1）UnLSR[5]——THRE

当发送 FIFO 为空时，THRE 置位。从上面的描述可知，当发送 FIFO 变空时，发送 FIFO

中的数据已经保存到了发送移位寄存器中，因此，移位寄存器此时正开始传输一个新的数据。

当再次向 UnTHR 寄存器中写入数据时，THRE 位会自动清零。

（2）UnLSR[6]——TEMT

当发送 FIFO 和移位寄存器都为空时，TEMT 置位。由于所有发送的数据都是从移位寄存

器中发送出去的，因此，当 TEMT 置位时，表示 UART 数据已经发送完毕，而且，此时发送

FIFO 也已经没有数据了。当再次向 UnTHR 寄存器中写入数据时，TEMT 位会自动清零。

只要 TEMT 位置位，则 THRE 位也一定会置位的。

UART 接口发送操作可以采用两种方式：中断方式和查询方式。如表 5.66 所示。

采用查询方式发送一字节数据

/**********************************************************************************************
**  函数名称： UART0_SendByte
**  函数功能：向串口发送字节数据，并等待发送完毕
**  入口参数： data  要发送的数据
**  出口参数：无
**********************************************************************************************/
void UART0_SendByte(uint8 data)
{
U0THR = data; /*  发送数据 */
while ( (U0LSR&0x40)==0 );  /*  等待数据发送完毕 */
}

 

 

 

UART 接收数据

寄存器 UnRBR 与 UnTHR 是同一地址，但物理上是分开的，读操作时为 UnRBR，

而写操作时为 UnTHR。

LPC178x/177x 系列 Cortex-M3 的四个 UART，各含有一个 16 字节的 FIFO，用来作为接收

缓冲区，缓冲区中的数据只能够通过寄存器 UnRBR 来获取。UnRBR 是 UARTn 接收 FIFO 的

最高字节，它包含了最早接收到的字符。每读取一次 UnRBR，接收 FIFO 便丢掉一个字符。

可见，只要接收 FIFO 中含有数据，则寄存器 UnRBR 便不会为空，就会包含有效数据，即，

UnLSR[0] = 1。

UART 接收数据时，可以使用查询方式接收，也可以使用中断方式接收，如表 5.67 所示。

采用查询方式接收一字节数据

/**********************************************************************************************
**  函数名称： UART0_RcvByte
**  函数功能：从串口接收一个字节的数据。使用查询方式
**  入口参数：无
**  出口参数：返回接收到的数据
**********************************************************************************************/
uint8 UART0_RcvByte(void)
{
uint8 rcv_data;
while ((U0LSR&0x01) == 0); /*  查询数据是否接收完毕 */
rcv_data = U0RBR;
return (rcv_data);
}

 

 

使用中断方式接收数据时，如果发生 RDA 中断，则循环从 UnRBR 中读取数据即可。如果

发生了字符超时中断——CTI，可以通过 UnLSR[0]来判断 FIFO 中是否含有有效数据，如图 5.43

所示。

/**********************************************************************************************
**  函数名称： UART_Exception
**  函数功能：串口中断服务程序
**********************************************************************************************/
void UART_Exception(void)
{
……
switch(U0IIR & 0x0f)
{
case 0x04 ： /*  发生 RDA 中断 */
/*
**  从接收 FIFO 中读取数据
*/
break;
case 0x0c ： /*  发生字符超时中断 ——CTI  */
while((U0LSR & 0x01) == 1) { 
/*
**  如果接收 FIFO 中含有有效数据，就读取 UnRBR 寄存器
*/
RcvData[i++] = U0RBR;
break;
    ……
default ：
break;
}
……
}

 

 

注：彻底清除 UART 中断标志后才可退出中断服务程序，否则会导致处理器反复陷入中断。

 

综上所述，UARTn 的基本操作方法：

 设置 I/O 连接到 UARTn；

 设置串口波特率(UnDLM、UnDLL)；

 设置串口工作模式(UnLCR、UnFCR)；

 发送或接收数据(UnTHR、UnRBR)；

 检查串口状态字或等待串口中断(UnLSR)。

 

 

 

 

#ifndef __DEBUGSERIAL_H_
#define __DEBUGSERIAL_H_

#include "sys.h"
#include "stdio.h"

extern u8 serialBuffer[256];
extern u16 serialStatus;

void Debug_Serial_Init(u32 baud);
void Debug_Serial_Send_Byte(u8 dat);
void Debug_Serial_Send_Buffer(u8 length,u8* buffer);

#endif

 

 
 
#include "debugSerial.h"

//加入printf支持
#pragma import(__use_no_semihosting)                            
struct __FILE
{
    int handle;
    /* Whatever you require here. If the only file you are using is */
    /* standard output using printf() for debugging, no file handling */
    /* is required. */
};

FILE __stdout;      

_sys_exit(int x)
{
    x = x;
} 

int fputc(int ch, FILE *f)
{     
    while(!((LPC_UART0->LSR) & 0x20));      //等待判断LSR[5](即THRE)是否是1,1时表示THR中为空     
    LPC_UART0->THR = (u8)ch;                    //发送数据    
    return ch;
}



//定义一个256字节的缓冲区用于存放接收到的串口数据信息
//定义一个16位数据同时保存接收数据长度以及接收数据的状态
u8 serialBuffer[256] = {0};
u16 serialStatus = 0;

//16字节的状态
//低八位为当前存储的有效数据长度
//15位为接收完成等待处理标志
//8位表示当前已经接受到回车符
//第9到十四位表示在等待处理期间系统冗余发送的数据量
//用于后期通讯系统的负载自适应
 
void TransSerialsCommand(u8 res)
{
    u8 lostCount;
    u8 receiveCount;

    //接收数据处理
    if(serialStatus & (1<<15))//已经接收完成,这个数据被抛弃
    {
        lostCount = ((u8)(serialStatus>>9))&0x3f;//漏掉的数据计数
        if(lostCount < 0x3f)lostCount++;
        serialStatus &= ~(0x3f<<9);
        serialStatus |= (lostCount<<9);
    }
    else//上一个命令没有接收完
    {
        if(serialStatus & (1<<8))//接收到
        {
            //等待接收N
            if(res == '
')
            {
                //接收完成
                serialStatus |= 0x8000;
            }
            else//不是
,这一次命令作废
            {
                serialStatus = 0;
            }
        }
        else//没收到
        {
            if(res == '
')
            {
                serialStatus |= 0x0100;
            }
            else
            {
                receiveCount = (u8)(serialStatus&0xff);
                if(receiveCount < 255)
                {
                    serialBuffer[receiveCount] = res;
                    receiveCount++;
                    serialStatus &= 0xff00;
                    serialStatus |= receiveCount;
                }
                else
                {
                    //数据溢出,清空
                    serialStatus = 0;
                }
            }
        }
    }
}


void UART0_IRQHandler(void)
{
    u8 status = 0;
    u8 res = 0;
	
    //清除串口中断挂起
    NVIC_ClearPendingIRQ(GPIO_IRQn);
    //清除串口接收中断
    if(!(LPC_UART0->IIR & 0x01))//确认有中断发生
    {
        status = LPC_UART0->IIR & 0x0e;
        if(status == 0x04)//确认是RDA中断
        {
            //读取串口接收值
            res = (LPC_UART0->RBR&0xff);
            //处理串口接收值
            TransSerialsCommand(res);
        }
    }
}


void Debug_Serial_Init(u32 baud)
{
    LPC_SC->PCONP |= (1<<3)|(1<<15);                //打开时钟
	
    //配置io口
    LPC_IOCON->P0_2 = 0x00;                         //选择TXD功能,禁止迟滞 不反向 正常推挽
    LPC_IOCON->P0_2 |= (1<<0)|(2<<3);               //上拉
    LPC_IOCON->P0_3 = 0x00;                         //选择RXD功能,禁止迟滞 不反向 正常推挽
    LPC_IOCON->P0_3 |= (1<<0)|(2<<3);               //上拉
    LPC_UART0->LCR = 0x83;                          //设置串口数据格式，8位字符长度，1个停止位，无校验，使能除数访问
    LPC_UART0->DLM = ((ApbClock/16)/baud) / 256;    //除数高八位  ， 没有小数情况
    LPC_UART0->DLL = ((ApbClock/16)/baud) % 256;    //除数第八位
    LPC_UART0->LCR = 0x03;                          //禁止访问除数锁存器，锁定波特率
    LPC_UART0->FCR  = 0x00;                         //禁止FIFO
    LPC_UART0->IER = 0x01;                          //使能接收中断RDA

    NVIC_EnableIRQ(UART0_IRQn);                     //打开IRQ中断
}

void Debug_Serial_Send_Byte(u8 dat)
{
    //当检测到UARTn THR已空时，THRE就会立即被设置。写UnTHR会清零THRE
    //0  -  UnTHR包含有效字符
    //1  -  UnTHR为空
    while(!((LPC_UART0->LSR) & 0x20));      //等待判断LSR[5](即THRE)是否是1,1时表示THR中为空     
    LPC_UART0->THR = dat;                   //发送数据
}

void Debug_Serial_Send_Buffer(u8 length,u8* buffer)
{
    u8 i = 0;
	
    for(i = 0; i < length; i++)
    {
        Debug_Serial_Send_Byte(buffer[i]);
    }
    printf("
");
}